L'uso dell'accumulo di energia basato sulla capacità può regolare meglio la domanda e l'offerta di energia e, allo stesso tempo, sfruttare appieno i prezzi di picco e di valle per aumentare i profitti. Pertanto, l'accumulo di energia basato sulla capacità, come quello a sali fusi, è diventato una direzione importante per i nuovi sistemi energetici del futuro.
L'instabilità dell'energia solare ed eolica e le fluttuazioni periodiche dei picchi e delle valli dell'energia di uso finale determinano una bassa efficienza di utilizzo delle energie rinnovabili. Per adattarsi alle caratteristiche della produzione di energia pulita da fonti rinnovabili, sono necessari sistemi di accumulo dell'energia che risolvano il problema dello squilibrio tra domanda e offerta di energia nel tempo, nello spazio e nell'intensità.
In altre parole, quando c'è più energia elettrica, l'energia elettrica viene immagazzinata nel sistema di accumulo di energia. In caso di carenza, il sistema di accumulo di energia viene utilizzato per generare elettricità a integrazione della rete elettrica.
Tra le fonti di energia pulita conosciute, l'energia solare è senza dubbio la fonte di energia rinnovabile con le maggiori riserve che possono essere sviluppate sulla terra.
Tuttavia, a causa dello sfasamento tra la distribuzione stagionale e la domanda di consumo energetico, il modo in cui immagazzinare l'energia termica, come l'energia solare, nel mezzo di accumulo di calore in estate e rilasciare il calore per il riscaldamento in inverno, per raggiungere lo stato ideale di accumulo estivo e utilizzo invernale, è diventato una delle principali direzioni di ricerca e sviluppo dell'industria.
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1. Che cos'è lo stoccaggio a sali fusi?
Il sale fuso è una fusione formata dalla fusione di sali. Si tratta di una fusione ionica composta da cationi e anioni. In generale, il sale fuso si riferisce alla fusione di sali inorganici, come la fusione di alogenuri di metalli alcalini, metalli alcalino-terrosi, nitrati, solfati, ecc. In senso lato, il termine sale fuso comprende anche la fusione di ossidi e di sostanze organiche fuse.
Il sale fuso è solido a temperatura standard e pressione atmosferica e si trasforma in liquido quando la temperatura sale a un certo livello.
In situazioni specifiche di trasferimento di calore e di accumulo di calore, è possibile selezionare diversi tipi di monomeri di sali fusi in base ai requisiti della tecnologia di processo, oppure realizzare sali eutettici misti con prestazioni stabili componendoli secondo una certa proporzione per completare il compito di accumulo di calore di trasferimento specifico.
Se si utilizza l'energia elettrica proveniente dal vento e dalla luce abbandonati, nonché l'"elettricità del trogolo" per riscaldare il sale fuso, si converte l'elettricità in energia termica e la si immagazzina, per poi utilizzare l'energia termica durante i picchi di consumo di elettricità, si può sostituire il sistema di riscaldamento.
Le caldaie a carbone (o a gas naturale) forniscono il riscaldamento. Questo non solo migliora la stabilità della rete elettrica e l'ambiente atmosferico, ma allevia anche la carenza di gas e riduce i costi operativi.
2. Il valore dello stoccaggio a sali fusi
Il valore dello stoccaggio a sali fusi si riflette principalmente in tre aspetti: il miglioramento del tasso di utilizzo e della stabilità di accumulo di energia rinnovabilerisolvendo il problema del coordinamento tra eolico, solare, fuoco e altre fonti energetiche;
Realizzare la funzione di riduzione dei picchi di rete e di riempimento delle valli, la regolazione della frequenza del sistema, il bilanciamento del carico, ecc. per migliorare la sicurezza e l'economia della rete elettrica; fornire soluzioni pulite, efficienti e flessibili per il riscaldamento e la fornitura di vapore per l'industria, l'agricoltura, l'edilizia e altri settori, riducendo le emissioni di carbonio e i costi.
Come accumulo di energia a lunga durata Lo stoccaggio a sali fusi presenta le seguenti caratteristiche: La scala di stoccaggio dell'energia è grande. La scala di stoccaggio a sali fusi è solitamente compresa tra decine di megawatt e centinaia di megawatt, ovvero uno stoccaggio di grande capacità.
Il tempo di accumulo dell'energia è lungo e il tempo di accumulo del sale fuso può raggiungere più di 10 ore. Il costo dell'investimento iniziale è elevato. Il costo di investimento dello stoccaggio a sali fusi è di circa 5 milioni/MWh, simile al costo di investimento iniziale dello stoccaggio di energia idroelettrica con pompaggio e dello stoccaggio di energia ad aria compressa. Rispetto allo stoccaggio di energia elettrochimica, il costo di investimento iniziale è più elevato.
L'efficienza di conversione dell'energia è bassa e l'efficienza dello stoccaggio a sali fusi è generalmente inferiore a 60%. Rispetto ai metodi di stoccaggio dell'energia elettrochimici e meccanici, l'efficienza di conversione è relativamente bassa.
Rispetto alle attuali batterie al litio mainstream etecnologie di stoccaggio dell'energiaLo stoccaggio a sali fusi presenta i vantaggi della lunga durata, del basso costo di scala e dell'elevata sicurezza. Nello scenario futuro in cui coesistono più sistemi di stoccaggio dell'energia, lo stoccaggio a sali fusi potrebbe occupare una posizione importante.
3. Vantaggi dello stoccaggio a sali fusi
Durante l'intero intervallo di temperatura di funzionamento, il sale fuso rimane sempre allo stato liquido, assorbendo energia elettrica, energia radiante e altra energia. Quando la temperatura ambiente è inferiore alla temperatura del sale fuso, l'energia termica viene rilasciata, realizzando così l'accumulo di energia termica per differenza di temperatura durante il processo di riscaldamento o raffreddamento.
Grazie all'ampia temperatura del liquido, alla grande differenza di temperatura di accumulo, all'elevata densità di accumulo di calore, alle buone prestazioni di trasferimento del calore, allo stato di funzionamento stabile e al basso costo, è adatto all'accumulo di calore su larga scala. Una singola macchina può raggiungere una capacità di accumulo di calore di oltre 100 MWh, diventando un "cavallo nero" nel settore dell'accumulo di energia.
In generale, i vantaggi dell'accumulo di calore a sali fusi si riflettono in modo specifico nei seguenti punti:
- La potenza di accumulo del calore è grande e può raggiungere centinaia di megawatt di accumulo di energia. Ad esempio, la scala di accumulo dell'energia della centrale elettrica verde ad alta temperatura a sali fusi per il peak-shaving della città di Jinchang, nella provincia di Gansu, raggiunge i 600MW/3600MWh;
- Il tempo di accumulo del calore è lungo e può raggiungere una capacità di accumulo del calore di oltre 10 ore in un solo giorno. Il tempo di accumulo del calore dei sali fusi della centrale solare termica a torre a sali fusi di Dunhuang da 100 MW può raggiungere le 11 ore, un tempo molto più elevato rispetto all'attuale rapporto di distribuzione e stoccaggio di 2-4 ore;
- I parametri di accumulo del calore sono elevati, la temperatura di accumulo del sale fuso può raggiungere i 595°C o più, i parametri del vapore esotermico possono raggiungere parametri subcritici e possono azionare la turbina a vapore per generare elettricità;
- Il accumulo di energia termica è veloce e può soddisfare le esigenze di regolazione di grandi fluttuazioni di carico;
- L'efficienza dell'accumulo di calore è elevata, vicina all'efficienza globale dell'accumulo di energia idroelettrica con pompaggio, e il consumo di energia è basso;
- Lunga durata: la vita utile del sistema di accumulo di calore a sali fusi può raggiungere più di 30 anni;
- Il sistema ha un funzionamento flessibile e un design modulare. Il modulo di potenza dell'accumulo di calore e il modulo di capacità sono indipendenti l'uno dall'altro. Il processo di accumulo di calore e il processo di generazione di calore sono indipendenti l'uno dall'altro. Il funzionamento è flessibile e la soluzione di accumulo di calore può essere personalizzata in base alle esigenze;
- Il funzionamento è sicuro e affidabile. L'accumulo di calore con il nitrato binario è un metodo di accumulo più sicuro. Da quando SOLAR ONE è stato inaugurato negli Stati Uniti nell'aprile del 1982, i 6,69 milioni di kilowatt di impianti di generazione di energia solare termica nel mondo non hanno avuto alcun incidente di sicurezza, come l'esplosione delle batterie al litio. È un metodo di accumulo dell'energia altamente sicuro;
- Rispettoso dell'ambiente e sicuro, non produce emissioni inquinanti.
4.Applicazioni e casi di stoccaggio a sali fusi
Il sale fuso accumula energia immagazzinando calore. Se è necessario immagazzinare energia elettrica, l'intero processo deve completare la conversione "energia elettrica - energia termica - energia elettrica", che è molto inefficiente;
Se ciò che deve essere immagazzinato è l'energia termica, la differenza di temperatura durante i processi di riscaldamento e raffreddamento può realizzare l'accumulo di energia termica. L'intero processo è la conversione di "energia termica-energia elettrica".
Quando è necessario generare energia, il sale fuso nel serbatoio ad alta temperatura può essere pompato fuori e scambiare calore con l'acqua per generare vapore. Questo aziona la turbina a vapore per generare elettricità con basse perdite ed elevata efficienza.
Lo stoccaggio a sali fusi può essere utilizzato in scenari in cui l'energia termica viene utilizzata per generare elettricità, come la generazione di energia fototermica, la ristrutturazione di centrali termiche, ecc. o in scenari in cui la domanda di energia terminale è costituita da energia termica piuttosto che elettrica, come nel caso del riscaldamento pulito.
- Applicazioni nei sistemi di generazione di energia fototermica:
Gli impianti CSP utilizzano generalmente un sistema a due serbatoi, uno caldo e uno freddo, per lo stoccaggio del sale fuso. Il sale fuso nel serbatoio di stoccaggio del sale fuso freddo viene trasportato al collettore solare attraverso la pompa del sale fuso. Assorbe energia termica e si riscalda prima di entrare nel serbatoio di stoccaggio del sale fuso caldo.
Quindi il sale fuso ad alta temperatura fluisce nel generatore di vapore a sali fusi per generare vapore surriscaldato per azionare il vapore. Le turbine funzionano per generare elettricità, mentre la temperatura del sale fuso diminuisce e torna nel serbatoio di stoccaggio del sale fuso freddo.
Il sale fuso integra l'accumulo di calore e il trasferimento di calore in un unico mezzo, semplificando la composizione del sistema della centrale elettrica.
Come impianto di accumulo di energia di supporto alla generazione di energia fototermica, il sistema di accumulo termico a sali fusi può migliorare il tasso di utilizzo dell'energia solare, ridurre le fluttuazioni di potenza e promuovere una produzione stabile della rete elettrica.
Per la generazione di energia fototermica si utilizza ampiamente il sale fuso binario. Il sale fuso binario comunemente utilizzato è una miscela di nitrato di sodio 60% e nitrato di potassio 40%.
- Fornitura di energia termica per la produzione industriale
Il sistema di accumulo di calore a sali fusi ha un'elevata efficienza di utilizzo dell'energia termica, può realizzare il recupero e l'utilizzo del calore di scarto e del calore residuo e fornisce fonti di calore stabili e continue di alta qualità, come vapore e aria calda, per le aziende di trasformazione alimentare, tessili e altre imprese nei parchi industriali.
- Accumulo di energia nelle centrali elettriche
Installando un'apparecchiatura di accumulo di calore a sali fusi in una centrale termoelettrica, questa può essere trasformata in una centrale di accumulo di energia per la riduzione dei picchi, in grado di produrre elettricità in modo flessibile. Il calore immagazzinato può essere convertito in vapore per fornire calore agli utenti, migliorando i benefici economici della centrale.
5. Prospettive di stoccaggio a sali fusi
Lo stoccaggio a sali fusi è il terzo modello di stoccaggio dell'energia al mondo e il mercato è attualmente in crescita. Alla fine del 2022, la capacità cumulativa globale installata sarà di 6,1 GW, pari a circa 1,6% della capacità totale di stoccaggio dell'energia installata.
Spagna, Stati Uniti e Cina sono i tre principali Paesi del mercato dello stoccaggio a sali fusi. La Spagna e gli Stati Uniti hanno raggiunto una certa dimensione di mercato e anche il mercato cinese ha mostrato un notevole slancio di crescita.
La capacità installata di stoccaggio a sali fusi in Cina sarà di 0,52GW nel 2022. A lungo termine, si prevede che entro il 2030 la capacità installata di stoccaggio a sali fusi in Cina supererà i 16GW, con un investimento totale di oltre 200 miliardi di yuan.
Gli scenari di applicazione dello stoccaggio a sali fusi includono la generazione di energia solare termica, la trasformazione della flessibilità dell'energia termica, la riduzione dei picchi di rete e il riempimento delle valli, il riscaldamento delle valli, il recupero del calore di scarto, lo stoccaggio di energia abbandonata, ecc.
Tra queste, la generazione di energia fototermica e la trasformazione della flessibilità delle unità termiche sono aree di applicazione che richiedono attenzione.
Il sale fuso è diventato rapidamente una nuova stella nello sviluppo delle nuove energie, grazie ai suoi vantaggi unici nell'immagazzinamento dell'energia.
Lo stoccaggio di sale fuso può partecipare alla trasformazione della flessibilità delle unità termiche, utilizzare l'energia di valle per riscaldare lo stoccaggio termico di sale fuso per la fornitura di vapore industriale, utilizzare l'energia di valle per riscaldare lo stoccaggio termico di sale fuso per il riscaldamento centrale ("coal to electricity"), utilizzare l'energia eolica abbandonata e la fotoelettricità abbandonata per riscaldare le fusioni. Riscaldamento degli accumuli termici di sale, utilizzo del calore di scarto industriale, ecc.
L'accumulo termico a sali fusi può essere utilizzato anche in molti campi, come la desalinizzazione dell'acqua di mare, l'estrazione di petrolio pesante, lo spostamento dei picchi della rete elettrica e il riempimento delle valli, l'energia distribuita, ecc. e ha ampie prospettive di sviluppo.
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